JP2010269363A - Friction-welding machine, and friction-welding and machining method - Google Patents
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Description
本発明は、複数のワーク同士を摩擦圧接接合するための摩擦圧接機及び、これを用いた摩擦圧接及び機械加工方法に関する。 The present invention relates to a friction welding machine for friction welding of a plurality of workpieces, and a friction welding and machining method using the same.
ワーク同士の接合面に回転摩擦力を生じさせ、この回転摩擦で生じた熱エネルギーを利用し、押圧固相接合する摩擦圧接法は公知である(特許文献1)。
しかし、従来の摩擦圧接機では、2つのワークを接合することができても3つ以上のワークを同時に又は連続的に摩擦圧接したり、機械加工できるものではなかった。
A friction welding method in which a rotational friction force is generated on the joining surfaces of the workpieces and the heat energy generated by the rotational friction is used to perform press solid phase bonding is known (Patent Document 1).
However, in the conventional friction welding machine, even if two workpieces can be joined, three or more workpieces cannot be friction welded or machined simultaneously or continuously.
本発明は、2個のワークのみならず3個以上のワークを同時に又は連続的に摩擦圧接したり、機械加工を組み合せることも可能な摩擦圧接機及び摩擦圧接並びに機械加工方法の提供を目的とする。 An object of the present invention is to provide a friction welding machine, a friction welding machine, and a machining method capable of simultaneously or continuously friction welding two or more workpieces as well as two workpieces or combining machining. And
本発明に係る摩擦圧接機は、ワークをチャック保持する回転チャックを左右に対向配置し、当該左右の回転チャックは、当該回転チャックを回転駆動制御する主軸モーターと、少なくとも一方の回転チャックには、溶融圧接時に必要な据え込み力とアプセット力とが生じるように制御された送りモーターとを有し、対向する回転チャックの間にワーク保持手段を有していることを特徴とする。
ここで対向配置した回転チャックに回転駆動制御手段と、その少なくとも一方に据え込み力及びアプセット力の摩擦圧接に必要な押圧力が生じる送りモーターとを備えたことにより、いずれか一方の回転チャックにてワークW1をチャック固定し、前記ワーク保持手段にてワークW2を保持し、当該一方の回転チャックを回転駆動制御し、且つ当該回転チャック又はワーク保持手段をZ軸方向に送り押圧制御することでワークW1をワークW2の一方の面に摩擦圧接し、次に又は同時に、他方の回転チャックにてワークW3をチャック固定し、当該他方の回転チャックを回転駆動及び送り押圧制御することでワークW2の他方の面にワークW3を摩擦圧接することもできる。
なお、据え込み力とは、回転摩擦時に必要な発熱量が生じるように押圧する力をいい、アプセット力とは、接合面が溶融し、その後に固相接合が生じるように押圧する力をいう。
In the friction welding machine according to the present invention, rotating chucks that hold a workpiece chuck are arranged opposite to each other, the left and right rotating chucks include a spindle motor that rotationally controls the rotating chuck, and at least one rotating chuck. It has a feed motor controlled so as to generate an upsetting force and an upsetting force required at the time of melt pressure welding, and has a workpiece holding means between the opposed rotary chucks.
Here, the rotary chuck arranged opposite to the rotary chuck is provided with a rotation drive control means, and at least one of the rotary chucks has a feed motor that generates a pressing force necessary for friction welding of upsetting force and upset force. The workpiece W1 is chucked, the workpiece holding means holds the workpiece W2, the one rotary chuck is rotationally driven, and the rotary chuck or the workpiece holding means is fed and controlled in the Z-axis direction. The workpiece W1 is friction-welded to one surface of the workpiece W2, and then or simultaneously, the workpiece W3 is chucked by the other rotating chuck, and the other rotating chuck is rotationally driven and feed-pressed to control the workpiece W2. The workpiece W3 can be friction-welded to the other surface.
The upsetting force refers to a force that presses so as to generate a necessary amount of heat at the time of rotational friction, and the upset force refers to a force that presses so that the joining surface melts and then solid phase bonding occurs. .
また、請求項3記載に係るワークの摩擦圧接及び機械加工方法は、ワークをチャック保持する回転チャックを左右に対向配置し、当該左右の回転チャックは、当該回転チャックを回転駆動制御する主軸モーターと、溶融圧接時に必要な据え込み力とアプセット力とが生じるように制御された送りモーターとを有し、対向する回転チャックの間にワーク保持手段を有し、且つ少なくとも一台の刃物台を有し、いずれか一方の回転チャックにてワークW1をチャック固定し、他方の回転チャックにてワークW2をチャック固定し、一方の回転チャックを回転駆動し、他方の回転チャックを静止し、送り押圧制御することでワークW1とW2とを摩擦圧接し、当該摩擦圧接接合したワークW1・W2を一方の回転チャックに引き渡し、前記ワーク保持手段にてワークW1・W2の端面をセンター保持しつつ、刃物台に設けたツールにて機械加工することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a friction welding and machining method for a workpiece, wherein rotating chucks for holding the workpiece are opposed to each other on the left and right sides, and the left and right rotating chucks are connected to a spindle motor for rotationally controlling the rotating chuck; A feed motor that is controlled so as to generate an upsetting force and an upsetting force that are required at the time of melt welding, a work holding means between the opposed rotating chucks, and at least one tool post. Then, the workpiece W1 is fixed to the chuck with one of the rotating chucks, the workpiece W2 is fixed to the chuck with the other rotating chuck, the one rotating chuck is rotationally driven, the other rotating chuck is stationary, and the feed pressing control is performed. As a result, the workpieces W1 and W2 are friction-welded, and the workpieces W1 and W2 thus friction-welded are delivered to one rotary chuck, and the workpiece holding While centers holding the end face of the workpiece W1 · W2 in means, characterized in that machining at tool provided on the tool rest.
本発明は、主軸モーターと少なくとも一方に送りモーターとを備えた回転チャックを対向配置し、その間にワーク保持手段、さらには刃物台を備えたので3個のワークを同時に又は連続的に摩擦圧接でき、また刃物台で摩擦圧接前の端面加工や摩擦圧接後の機械加工ができる。
さらには、ワーク保持手段にてワークの端面をセンター保持すると、長尺材の機械加工が可能になる。
また、対向する回転チャック間でワークの引き渡しが可能であることから、ミーリング加工等において複数のワークの位相決めも容易になる。
In the present invention, a rotary chuck provided with a spindle motor and at least one feed motor is disposed opposite to each other, and a workpiece holding means and a tool post are provided therebetween, so that three workpieces can be friction-welded simultaneously or continuously. Also, end face processing before friction welding and machining after friction welding can be performed with the tool post.
Furthermore, if the end surface of the workpiece is held in the center by the workpiece holding means, it is possible to machine a long material.
In addition, since the workpieces can be transferred between the opposed rotating chucks, the phases of a plurality of workpieces can be easily determined in milling processing or the like.
本発明に係る摩擦圧接機の構成例を図6に基づいて説明する。
ベース1の上の左側にL側主軸20とこの主軸モーターにより回転駆動制御されたL側チャック21を有する。
L側主軸と軸線が一致するように右側にR側主軸10を対向配置し、この主軸モーターにはR側チャック11が回転駆動制御されている。
本実施例では、R側主軸10がR側送りモーター12とボールネジ13とにてZ軸方向に移動制御された例になっている。
左右対向配置した2つの主軸は少なくとも一方がZ軸方向に位置制御された送りモーターを有すればよい。
なお、本明細書においては、主軸の軸線方向をZ軸、ベース面に平行でZ軸と直角方向をX軸、ベース面に垂直方向をY軸と表現する。
R側送りモーター12はサーボモーターになっていて、摩擦圧接接合工程において据え込み圧力とアプセット力(押圧力)が得られるようにサーボ制御されている。
A configuration example of the friction welding machine according to the present invention will be described with reference to FIG.
On the left side of the
An R-side
In this embodiment, the R-side
It is only necessary that at least one of the two main shafts arranged opposite to each other has a feed motor whose position is controlled in the Z-axis direction.
In this specification, the axial direction of the main axis is expressed as the Z axis, the direction perpendicular to the Z axis parallel to the base surface is expressed as the X axis, and the direction perpendicular to the base surface is expressed as the Y axis.
The R-side feed motor 12 is a servo motor and is servo-controlled so as to obtain an upsetting pressure and an upset force (pressing force) in the friction welding process.
L側主軸20とR側主軸10との軸線上より図6の紙面上側には第1タレット31を有する第1刃物台30を備える。
第1刃物台30は、ボールネジ32aを介してZ軸方向移動制御する送りモーター32と、主軸線と直交する方向から主軸線に向けてX軸方向送り位置制御する送りモーター33及びY軸方向位置制御する送りモーター34を有している。
第1タレット31は旋回割り出し装置35により割り出し可能になっている。
A first tool post 30 having a first turret 31 is provided on the upper side of the drawing in FIG. 6 from the axis of the L-
The first tool post 30 includes a
The first turret 31 can be indexed by the turning
同様に主軸線の下側には第2タレット41を有する第2刃物台40が備えられている。
第2刃物台40もボールネジ42aを有する送りモーター42、送りモーター43,44にてそれぞれZ軸方向、X軸方向、Y軸方向の位置が制御されている。
また、第2タレット41は、旋回割り出し装置45により割り出し可能になっている。
なお、本実施例では2組のタレットからなる2タレットタイプを示したが、1タレットタイプ、3タレットタイプや4タレットタイプでもよい。
また、刃物台はB軸廻り制御された刃物台が備えられていてもよい。
Similarly, a
The position of the
Further, the
In this embodiment, a two turret type including two sets of turrets is shown, but a one turret type, a three turret type, and a four turret type may be used.
The tool post may be provided with a tool post controlled around the B axis.
次に図1に基づいて3個のワークを同時又は連続的に摩擦圧接する例を説明する。
第1のワークW1をL側チャック21にチャック固定し、刃物台40に取り付けたワーク保持手段としてのワーク保持具50に第2のワークW2をチャック保持する。
L側主軸20を主軸モーターで回転させ、刃物台40をL側主軸20に向けたZ軸方向に送りモーターで送り込み、据え込み力を加える。
これにより、W1とW2との接触面は摩擦により発熱し、金属が軟化溶融する。
所定の状態まで局部溶融した時点でL側主軸20の回転を停止し、刃物台40にてZ軸方向のアプセット力を加えることでW1とW2との接触面が固相接合する。
この際にR側主軸10のR側チャック11に第3のワークW3をチャック固定し、ワークW3をワークW2の背面に押付け、R側主軸10の回転制御によりワークW2とW3との接触面に摩擦熱を発熱させ、R側主軸10にR側送りモーター12にて、所定の据え込み力とアプセット力を加圧することでワークW1,W2,W3を同時に摩擦圧接接合することができる。
なお、ワークW1,W2,W3を同時に摩擦圧接してもよいが、図1(b)に示すようにワークW2の一方向の面にワークW1を摩擦圧接した後に連続的にR側主軸10を用いてワークW2の他の面にワークW3を摩擦圧接してもよい。
また、本実施例はR側主軸10にZ軸方向の送りモーター12を設けた例で説明したが、L側主軸20にもZ軸方向の送りモーターを備えると、刃物台40に取り付けたワーク保持具50にワークW2を保持固定し、両側から対向する主軸20,10にてワークW2を挟み込むように摩擦圧接することも可能になる。
Next, an example in which three workpieces are friction-welded simultaneously or continuously will be described with reference to FIG.
The first workpiece W1 is chuck-fixed to the L-
The L-
Thereby, the contact surface between W1 and W2 generates heat due to friction, and the metal is softened and melted.
When the local melting to a predetermined state is performed, the rotation of the L-
At this time, the third work W3 is fixed to the R-
Although the workpieces W1, W2, and W3 may be friction-welded simultaneously, as shown in FIG. 1B, the R-
In this embodiment, the Z-axis direction feed motor 12 is provided on the R-
次に図2に基づいて、ワークの摩擦圧接と旋削や切削等の機械加工を組み合せた例を説明する。
L側チャック21にワークW1をチャックし、R側チャック11にワークW2をチャックし、L側主軸20を回転駆動制御し、R側主軸10の回転を停止した状態でR側送りモーターのサーボ制御により、据え込み力を加えて摩擦熱を生じさせ、次いでL側主軸20の回転を停止し、アプセット力を加えることでワークW1とW2とを摩擦圧接する。
本発明に係る摩擦圧接機においては第1タレット31を有した第1刃物台30を備えているので、接合したワークW1・W2を例えばL側チャック21に引き渡し、バイトツール36にて旋削したり、ドリルツール、ミーリングツール37等にて切削加工を行うことができる。
また、ワークW1・W2が長尺である場合には、図2(d)に示すようにワーク保持手段にワークセンターピン51を取り付けて、長尺ワークW1・W2の端面をセンター押し保持しつつ、ツール36,37にて機械加工することができる。
これにより、ワークの全長管理や、ミーリング加工する際のワークW1とW2との位相決めも容易になる。
Next, based on FIG. 2, an example in which the friction welding of the workpiece is combined with machining such as turning or cutting will be described.
The workpiece W1 is chucked to the L-
Since the friction welding machine according to the present invention includes the first tool post 30 having the first turret 31, the joined workpieces W1 and W2 are transferred to, for example, the L-
When the workpieces W1 and W2 are long, the
This facilitates the management of the overall length of the workpiece and the phase determination of the workpieces W1 and W2 during milling.
図3に摩擦圧接したワークの評価例を示す。
L側チャック21にワークW1をチャックし、R側チャック11にワークW2をチャックし、2タレットタイプであればバイトツール36,46にて左右のワークW1,W2の接合面を調整し、図3(b)に示すようにワークW1とW2とをこれまで説明した方法と同様にして摩擦圧接する。
本発明に係る摩擦圧接機においては、R側主軸10がZ軸方向に送り制御されているので、図3(c)に示すように引張り力Fを加えることで接合面の接合力を評価することができる。
また、図4(c)に示すように、接合部にミーリングツール38にて切削面を形成し、図4(e)に示すように接合部の金属組織を観察評価することもできる。
FIG. 3 shows an evaluation example of a workpiece subjected to friction welding.
The workpiece W1 is chucked on the L-
In the friction welding machine according to the present invention, since the R-side
Moreover, as shown in FIG.4 (c), a cutting surface can be formed in a junction part with the
図5には、機械加工と摩擦圧接とを相互に連続的に行う例を示す。
L側チャック21にワークW1をチャックし、R側チャック11にワークW2をチャックし、刃物台30,40に取り付けたツール36等にて必要に応じて接合面の機械加工を行い、ワークW1とW2とを図5(b)に示すように摩擦圧接する。
摩擦圧接したワークW1・W2は、R側チャック11に引き渡し、L側チャック21に次のワークW3をチャックし、必要に応じてバイトツール36等にて接合面を加工調整し、図5(d)に示すようにワークW3を連続的にW1に摩擦圧接できる。
このようにして3個以上のワークを機械加工と摩擦圧接をしながら連続的に接合することもできる。
FIG. 5 shows an example in which machining and friction welding are continuously performed.
The workpiece W1 is chucked to the L-
The workpieces W1 and W2 that have been friction-welded are transferred to the R-
In this manner, three or more workpieces can be continuously joined while machining and friction welding.
10 R軸主軸
11 R側チャック
12 R側送りモーター
20 L側主軸
21 L側チャック
30 第1刃物台
31 第1タレット
40 第2刃物台
41 第2タレット
10 R-axis spindle 11 R-side chuck 12 R-side feed motor 20 L-side spindle 21 L-side chuck 30 First tool post 31
Claims (3)
いずれか一方の回転チャックにてワークW1をチャック固定し、前記ワーク保持手段にてワークW2を保持し、当該一方の回転チャックを回転駆動制御し、且つ当該回転チャック又はワーク保持手段をZ軸方向に送り押圧制御することでワークW1をワークW2の一方の面に摩擦圧接し、
次に又は同時に、他方の回転チャックにてワークW3をチャック固定し、当該他方の回転チャックを回転駆動及び送り押圧制御することでワークW2の他方の面にワークW3を摩擦圧接することを特徴とする摩擦圧接方法。 Rotating chucks that hold the work chuck are arranged opposite to the left and right, the left and right rotating chucks have a spindle motor that controls the rotation of the rotating chuck, and at least one rotating chuck has an upsetting force required for melt pressure welding. A feed motor controlled to generate an upset force, and a work holding means between the opposed rotating chucks,
The workpiece W1 is chuck-fixed by any one of the rotating chucks, the workpiece W2 is held by the workpiece holding means, the one rotating chuck is controlled to rotate, and the rotating chuck or the workpiece holding means is moved in the Z-axis direction. The workpiece W1 is friction-welded to one surface of the workpiece W2 by feeding and controlling
Next, or simultaneously, the workpiece W3 is fixed to the chuck by the other rotary chuck, and the workpiece W3 is friction-welded to the other surface of the workpiece W2 by rotationally driving and feeding and pressing the other rotary chuck. The friction welding method.
且つ少なくとも一台の刃物台を有し、
いずれか一方の回転チャックにてワークW1をチャック固定し、他方の回転チャックにてワークW2をチャック固定し、一方の回転チャックを回転駆動し、他方の回転チャックを静止し、送り押圧制御することでワークW1とW2とを摩擦圧接し、
当該摩擦圧接接合したワークW1・W2を一方の回転チャックに引き渡し、前記ワーク保持手段にてワークW1・W2の端面をセンター保持しつつ、刃物台に設けたツールにて機械加工することを特徴とするワークの摩擦圧接及び機械加工方法。 Rotating chucks that hold the work chuck are arranged opposite to the left and right, the left and right rotating chucks have a spindle motor that controls the rotation of the rotating chuck, and at least one rotating chuck has an upsetting force required for melt pressure welding. A feed motor controlled to generate an upset force, and a work holding means between the opposed rotating chucks,
And at least one tool post,
The workpiece W1 is fixed to the chuck with one of the rotating chucks, the workpiece W2 is fixed to the chuck with the other rotating chuck, the one rotating chuck is rotationally driven, the other rotating chuck is stationary, and feed pressure control is performed. Then, the workpieces W1 and W2 are friction welded,
The workpieces W1 and W2 that are friction-welded are delivered to one rotary chuck, and the end surfaces of the workpieces W1 and W2 are center-held by the workpiece holding means and machined by a tool provided on the tool post. Friction welding and machining method for workpiece
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JP2000071082A (en) * | 1998-08-28 | 2000-03-07 | Toyota Autom Loom Works Ltd | Device and method for friction pressure welding |
JP2000176656A (en) * | 1998-12-14 | 2000-06-27 | Toyota Autom Loom Works Ltd | Friction welding method and its equipment |
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